Energiek Wegdek: het potentieel voor elektriciteitsopwekking uit asfalt
17 november 2004
Het programma "Wegen naar de T oekomst" (WnT) is een innovatieprogramma van Rijkswaterstaat binnen het ministerie van Verkeer en Waterstaat. Binnen dit programma is een demonstratieproject "Energiek Wegdek" opgezet. Dit project, waarvan het idee afkomstig is van BAM, TU-Delft en Shell, wil de mogelijkheden demonstreren van elektriciteits- opwekking uit temperatuurverschillen in asfalt. Deze temperatuurverschillen ontstaan doordat de bodem langzamer afkoelt en opwarmt dan de het asfaltoppervlak.
Om een temperatuurverschil om te zetten in elektriciteit wordt gebruik gemaakt van zogenaamde Peltierelementen. In figuurS.1 wordt dit principe van Energiek Wegdek schematisch weergegeven. De Peltierelementen staan hier weergegeven als "P" en "N". De opbrengst van deze elementen kan actief worden beïnvloed door een leidingenregister dat direct onder de elementen wordt aangebracht en waarmee het temperatuurverschil over de Peltierelementen kan worden vergroot. Dit leidingenregister kan bijvoorbeeld gevoed worden met grondwater met een vrij constante temperatuur van circa 12 °C.
Om het principe van elektriciteit uit warmte daadwerkelijk aan te tonen is een proef gestart waarbij in een bestaande weg een aantal Peltierelementen met bijbehorende meetapparatuur zijn aangebracht met als doel het aantonen van de technische werking van het principe en het bepalen van de potentiële jaaropbrengst.
Uit metingen blijkt dat het technische principe van elektriciteit uit asfalt werkt. De toename van de elektriciteitsopbrengst bij een toenemend temperatuurverschil over de Peltier- elementen is conform de verwachtingen. De gemeten elektriciteitsopbrengst ligt echter veel lager dan op grond van de eigenschappen van de Peltierelementen verwacht mocht worden. De oorzaak hiervan is niet achterhaald.
Door een slimme combinatie van meten en modelleren van de temperatuurverschillen in het asfalt afhankelijk van de weersomstandigheden, is het toch mogelijk gebleken voor een "gemiddeld" jaar de potentiële Peltieropbrengst te bepalen. Deze ligt voor de huidige constructie bij goed functionerende Peltierelementen op 25 kWh per m2 element per jaar. Indien alle hoofdwegen in Nederland "bedekt" zouden worden met Peltierelementen kan zo gemiddeld in de gehele elektriciteitsbehoefte van Nederland worden voorzien. Het gebruik van een register om met behulp van bijvoorbeeld grondwater een voldoende groot temperatuurverschil te bewerkstelligen is echter noodzakelijk.
Uit het onderzoek volgen nog een aantal verbetermogelijkheden:
• Een beter gebruik van het beschikbaar temperatuurverschil kan onder andere
gerealiseerd worden door het gebruik van thermisch hooggeleidend asfalt. Hierdoor neemt de elektriciteitsopbrengst per Peltierelement toe (naar schatting tot boven de 100 kWh per m2 element).
• Om een maximale opbrengst te realiseren verdient het aanbeveling het Peltierelement te optimaliseren voor deze toepassing.
• Indien mogelijk moet het gebruik van een register vermeden worden. Dit vraagt extra investeringen en extra pompenergie.
Een eerste economische scan laat zien dat voor het grootschalig toepassen van Peltierelementen in het wegdek de elektriciteitsprijs een grote rol speelt. Als elektriciteit uit het net beschikbaar is zullen Peltierelementen vooralsnog niet kunnen concurreren. Interessant zijn nichemarkten, bijvoorbeeld afgelegen locaties waar het leggen van een elektriciteitskabel duur is.